《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：The variations of the North African monsoon precipitation over the past 200?years
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北非季风降水百年重建揭示两个长期干旱期（1820-1837和1954-1983），其中20世纪中期干旱由大西洋年代际振荡（AMO）负相位与跨洋遥相关共同驱动，AMO通过调节ITCZ迁移主导降水变率，并调控北非与南亚季风的关联。
刘赛楠|黄茹|王思宇|徐晨曦
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈与环境协同演化国家重点实验室，北京100029，中国
摘要
北非季风（NAFM）是区域气候系统的关键组成部分，它不仅维持着人们的生活，还影响着生态和社会经济状况。然而，其长期变化及其驱动因素尚未得到充分研究。本文基于北非西部的湿度指数和埃塞俄比亚高地的树木年轮记录，重建了1801年至1994年间的北非季风降水量。重建结果显示，有两个持续较长的降水量减少期，分别发生在1820–1837年和1954–1983年，之后虽然有所恢复，但仍未回到1954年之前的水平。20世纪中叶降水量最长的减少期是由大西洋多年代际振荡（AMO）的负相位以及多海洋盆地远距离相互作用共同引起的。在所有时期中，AMO通过调节赤道辐合带（ITCZ）的移动，对北非季风降水量变化起着主导作用，并进一步影响北非季风与南亚季风之间的相关性。
引言
随着全球变暖的加剧，北非的季风降水量及其相关极端事件显著增加（IPCC，2022年）。在北非的季风地区，大多数人的生计甚至生命都直接依赖于季风降水。1968年，萨赫勒地区的降雨量急剧下降，到1973年，饥饿的儿童和散落在干涸湖床上的牛尸的照片震惊了世界。最初被气象学家视为暂时性干旱的现象持续到了20世纪80年代，导致降雨量减少了40%，数百万人流离失所（Butzer，1983年；Held等人，2005年；Lau等人，2006年；Raineri，2022年）。
先前的研究发现，自20世纪80年代以来萨赫勒地区的降雨量恢复与非洲东风急流的增强有关——这些急流既产生了西非的雷暴，也引发了大西洋飓风（Wang和Gillies，2011年）。这些急流形成了跨越数千公里的大气连接，将整个北非季风的降水模式联系在一起。同时，其他研究指出，北大西洋海表温度（SST）的非热带模式可以通过气候模型系统性地忽略的机制解释萨赫勒地区29%的降雨量变化，从而形成了一个“缺失的远距离联系”问题，限制了干旱预测的能力（Barandiaran和Wang，2014年）。然而，由于时间跨度较短，无法确定1968–1985年的干旱是自然变化的极端表现，还是前所未有的气候转变（Nicholson，1983年；Tarhule和Lamb，2003年）。
此外，季风之间的相互作用也不容忽视。厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）可以通过沃克环流和赤道罗斯贝波显著影响亚洲-澳大利亚季风和亚洲-北非季风（Joly和Voldoire，2009年；Li等人，2011年；Webster和Yang，1992年；Xu等人，2023年）。大西洋多年代际振荡（AMO）和太平洋十年涛动（PDO）共同驱动亚洲-非洲季风系统，通过海表温度异常调节降水量变化（Lu，2009年；Zhang和Delworth，2006年）。作为北半球两个主要的季风系统，探索北非季风与南亚季风之间的联系具有重要意义。
本文利用西非的湿度指数（Nicholson等人，2012a；Nicholson等人，2012b）和东非的树木年轮记录（Mokria等人，2017年），重建了1801年至1994年的季风降水量。这证明了大陆尺度气候的一致性，并延长了季风降水记录的时间跨度。我们利用这些结果来探讨：（1）过去200年北非季风降水量变化的特点；（2）北非季风降水量变化的控制机制；（3）与南亚季风（SAM）的关系，以期更好地理解北非的气候变化。
研究区域
研究区域位于北非季风（NAFM）范围内（15°W-40°E，5°-20°N）。季风降水主要集中在6月至9月，8月降水量最高。6月至9月的降水量占年降水总量的70%。年平均降水量为762.64毫米，年平均气温为27.07摄氏度（1901–2023年，图1b）。图1中的区域涵盖了萨赫勒和几内亚海岸地区的西部湿度指数。
大陆尺度气候一致性的验证
1951年至1999年被视为校准期，1901年至1950年被视为验证期。最终，我们通过线性回归得到了1801年至2014年的北非季风降水量序列。重建的北非季风降水量时间为1801年至1994年，而测量数据为1995–2014年。
北非季风重建降水量与1901年至1994年的测量降水量数据之间的相关系数（R）为0.85。
大陆尺度气候一致性
我们的重建结果显示，生长在距离西非湿度指数4000公里外的埃塞俄比亚高地树木年轮，通过非洲东风急流的动力学，忠实地记录了共同的信号（图2b）。
这与之前关于萨赫勒地区的研究结果一致，这些研究考察了北非的能量传输（Cockerton等人，2014年）。连接这些遥远地区的物理机制是通过非洲东风急流——即中层大气中的风。
结论
非洲东风急流一直是北非降水量持续变化的因素。在过去200年中，有两个降水量减少的时期，而AMO是影响北非季风降水的主要因素。ENSO对北非季风降水的影响被AMO的直接调节所掩盖。AMO通过增强或减弱季风降水，以及北非季风与南亚季风之间的关系来发挥作用。
CRediT作者贡献声明
刘赛楠：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，方法论，正式分析。
黄茹：撰写 – 审稿与编辑，调查，正式分析。
王思宇：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。
利益冲突声明
我们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42488201，42425706）、中国科学院的国际合作计划（项目编号：170GJHZ2023074GC）以及国家重点研发计划（项目编号：2024YFF0807902）的支持。
